عباس بابایی پس از ۶۰ مأموریت جنگی موفق، در صبح روز ۱۵ مرداد سال ۱۳۶۶، مصادف با روز عید قربان، همراه با سرهنگ علی‌محمد نادری به منظور شناسایی منطقه و تعیین راهکار صحیح اجرای عملیات، با یک فروند هواپیمای اف–۵ از پایگاه هوایی تبریز به پرواز درآمد و وارد آسمان عراق شد. بابایی و نادری پس از انجام دادن مأموریت، به هنگام بازگشت، در منطقه عملیاتی سردشت در ۱۵ مرداد ۱۳۶۶ مورد هدف شلیک توپ ضدهوایی شیلکا ۲۳ میلی‌متری پدافند سپاه پاسداران قرار گرفتند و بابایی که در کابین عقب حضور داشت از ناحیه سر مجروح و بلافاصله کشته شد. وی در این هنگام ۳۷ سال داشت. پیکر او در گلزار شهدا در جنوب شاهزاده حسین قزوین به خاک سپرده شد.